Sua antena, construída em 1963 no interior de uma cratera vulcânica, tem 305 metros de diâmetro e é formada por 39 mil pequenas chapas de alumínio, cada uma medindo aproximadamente 1 x 2 metros. Foi projetado e construído sob a coordenação do cientista norte-americano Willian Gordon, da Universidade de Cornell, e a princípio tinha como objetivo o estudo da ionosfera terrestre.
Para o estudo, o professor Gordon utilizou poderosos pulsos de radar, que após se chocarem com a ionosfera eram rebatidos de volta à antena. Como os sinais refletidos eram extremamente débeis, uma antena de proporções avantajadas seria necessária.
Hoje em dia, apenas uma pequena fração do tempo de operação do radiotelescópio é usada para o estudo da ionosfera. Durante a maior parte do período o equipamento é utilizado para o estudo das galáxias e astronomia dos pulsares, além da busca constante de vida inteligente fora da Terra.
A grande vantagem do radiotelescópio de Arecibo é sem dúvida o seu tamanho, que permite que os mais débeis sinais emitidos a centenas de anos-luz possam ser captados. No entanto, seu tamanho gigante e sua tecnologia de construção fixa é um impedimento para que possa ser orientada em outras direções, ficando reservado à observação de uma área fixa no céu. A maior parte dos outros radiotelescópios pode observar de até 90% do céu, mas não têm a sensibilidade de Arecibo.
Durante o período da Guerra Fria, forças norte-americanas utilizaram constantemente o radiotelescópio com a finalidade de localizar instalações de radares soviéticas, estudando a reflexão dos sinais após serem rebatidos pela Lua.
Arecibo é a também a fonte de dados para o projeto SETI, proposto pelos cientistas da Universidade de Berkeley, nos EUA, e que tem como objetivo a tentativa de captar sinais emitidos por possíveis civilizações exteriores.
Em 1974, cientistas liderados pelos astrônomos Frank Drake e Carl Sagan utilizaram o radiotelescópio para enviar em direção ao cúmulo globular M13, distante 25 mil anos-luz, aquela que ficou conhecida como a "Mensagem de Arecibo", uma emissão de rádio de 1679 bits (acima). O pacote de dados em formato binário representava imagens que pudessem, e ainda podem, ser interpretadas por outras civilizações. Entre as imagens estavam números, pessoas, fórmulas químicas e um telescópio.